沁水盆地南部煤層氣井排采儲層應(yīng)力敏感研究

劉會虎,桑樹勛,馮清凌,胡寶林,胡友彪,徐宏杰,程 喬

(1.安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院,安徽 淮南 232001;2.中國礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院,江蘇徐州 221008;3.淄博金宅測繪公司,山東淄博 255000)

沁水盆地南部煤層氣井排采儲層應(yīng)力敏感研究

劉會虎1,桑樹勛2,馮清凌3,胡寶林1,胡友彪1,徐宏杰1,程 喬1

(1.安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院,安徽 淮南 232001;2.中國礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院,江蘇徐州 221008;3.淄博金宅測繪公司,山東淄博 255000)

為分析煤層氣排采不同階段煤儲層應(yīng)力敏感性及滲透率變化的影響因素,采集沁水盆地南部煤樣,開展了不同實驗條件的應(yīng)力敏感實驗。結(jié)果表明:有效應(yīng)力從0增加到10 MPa時,煤樣滲透率減少了50%～70%;有效應(yīng)力從10 MPa增加到20 MPa時,損失量僅約占初始滲透率的10%;有效應(yīng)力低于2.5 MPa時,應(yīng)力敏感性較強;有效應(yīng)力增加到3.5 MPa的過程中,滲透率損害系數(shù)急劇上升,滲透率損耗為20%～30%;有效應(yīng)力從2.5 MPa增加到9 MPa時,應(yīng)力敏感性最強,有效應(yīng)力從3.5 MPa上升至9 MPa時,滲透率損害系數(shù)快速下降,滲透率損耗約60%;有效應(yīng)力自9 MPa之后,滲透率損害系數(shù)緩慢下降,滲透率損耗約10%;滲透率損害率介于30%～65%,臨界應(yīng)力為7～11 MPa。有效應(yīng)力較低且不變時,煤樣滲透率隨孔隙壓力增加而增加。圍壓不變時,隨有效應(yīng)力下降和孔隙壓力增加,煤樣滲透率下降,這與有效應(yīng)力和孔隙壓力變化引起的煤儲層滲透率變化量有關(guān)。

沁水盆地南部;煤層氣井;排采;煤儲層滲透率;應(yīng)力敏感;有效應(yīng)力;孔隙壓力

煤層氣井開發(fā)過程中由于排采過快易引起煤儲層應(yīng)力敏感(壓敏),造成滲透率降低,已獲得普遍共識[1-6]。國內(nèi)外學(xué)者通過不同條件的應(yīng)力敏感實驗和結(jié)合模型分析,開展了煤儲層應(yīng)力敏感研究工作,揭示了不同應(yīng)力條件煤儲層滲透率的變化特征[7-13],指出影響煤儲層應(yīng)力變化過程中滲透率的變化經(jīng)過應(yīng)力主導(dǎo)的滲透率降低過程、煤基質(zhì)收縮效應(yīng)主導(dǎo)的滲透率變化過程及氣體分子滑脫效應(yīng)主導(dǎo)的滲透率回返過程[14-15],認為影響因素包括煤儲層孔隙壓力、凈應(yīng)力、煤巖含水飽和度、煤基質(zhì)收縮效應(yīng)、氣體分子滑脫效應(yīng)等[16-20]。然而,煤層氣排采過程中先后伴隨有凈應(yīng)力變化、氣水流體壓力變化、煤基質(zhì)收縮等對煤儲層滲透率的影響。因而研究煤儲層應(yīng)力敏感性時需要綜合考慮,結(jié)合煤層氣排采過程和特點來開展工作。

為分析煤層氣排采不同階段(排水降壓階段、產(chǎn)氣期、停排重啟階段)煤儲層應(yīng)力敏感性,筆者以沁水盆地南部為例,開展孔隙壓力不變條件下不同圍壓條件、孔隙壓力變化下圍壓變化條件、孔隙壓力條件變化相同圍壓下的應(yīng)力敏感實驗,探討煤層氣排采儲層應(yīng)力敏感對滲透率的影響及其發(fā)生條件。

1 實驗材料與方法

實驗研究區(qū)目標地層為石炭二疊系山西組3號煤層。采集煤樣40塊,其中32塊煤樣(鄭莊區(qū)塊)采自煤層氣鉆孔取芯,8塊來采自于沁水長平煤礦和天安潤宏煤礦。所有樣品均為干樣,具有完整結(jié)構(gòu)。所有樣品在進行實驗前均進行原始滲透率測試。表1為實驗樣品的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

第1部分為孔隙壓力不變條件下圍壓變化下的應(yīng)力敏感實驗,過程參照石油天然氣行業(yè)標準(SY 5358—2002)進行。實驗采用加煤樣的凈圍壓模擬地層有效應(yīng)力的變化(將有效應(yīng)力定義為凈圍壓,其大小等于圍壓與孔隙壓力的差),測量滲透率隨凈圍壓變化的情況,分別計算滲透率損害系數(shù)、滲透率損害率,并確定滲透率損害率發(fā)現(xiàn)明顯變化的拐點,揭示煤層氣在排水階段快速排采時儲層壓敏發(fā)生的應(yīng)力變化條件。實驗儀器為巖心流動裝置。

表1 煤樣實驗樣品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Table 1 Basic data of coal samples

第2部分為圍壓變化條件下孔隙壓力變化下的應(yīng)力敏感實驗,采用逐級增壓水驅(qū)實驗,實驗過程:保持有效應(yīng)力不變(5 MPa),逐漸增加圍壓至8.5 MPa,分別測試不同壓力平衡狀態(tài)煤儲層的滲透率,揭示有效應(yīng)力趨于穩(wěn)定階段滲透率變化的特征及原因。實驗儀器為巖心流動裝置。

第3部分為相同圍壓條件下孔隙壓力變化下的應(yīng)力敏感實驗,采用逐級增壓氣驅(qū)實驗,實驗過程:將巖心裝入巖心夾持器中,加圍壓至10 MPa(模擬上覆地層壓力),連接氣源,采用調(diào)壓閥設(shè)置氣驅(qū)壓力從低壓開始逐級增壓進行氣驅(qū),每個壓力點氣驅(qū)時間1.0 h以上直至氣流量穩(wěn)定,保證巖樣變形達到一定的平衡狀態(tài),分別測試每個不同孔隙壓力下煤樣的滲透率,耦合分析滲透率隨孔隙壓力、有效應(yīng)力的變化特點,揭示煤基質(zhì)體積應(yīng)變和氣體滑脫效應(yīng)對滲透率產(chǎn)生的影響。實驗儀器為巖心驅(qū)替系統(tǒng)。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 孔隙壓力不變情況下煤儲層滲透率與應(yīng)力的關(guān)系

依據(jù)1～32號煤樣的應(yīng)力敏感實驗結(jié)果對煤層氣排采時煤儲層滲透率變化與有效應(yīng)力之間的關(guān)系進行分析,如圖1所示。

圖1 煤樣滲透率隨有效應(yīng)力的變化Fig.1 Variation of permeability with effective stress for coal samples

從煤樣滲透率隨有效應(yīng)力的變化結(jié)果看,煤樣滲透率的變化表現(xiàn)為隨有效應(yīng)力的增加而逐漸降低,但滲透率隨有效應(yīng)力增加過程而呈現(xiàn)的變化特點與以往研究結(jié)果并不完全一致,具有一定的差異,表現(xiàn)為:①當(dāng)有效應(yīng)力從0增加到10 MPa時,煤樣滲透率為初始滲透率的30%～50%,減少了50%～70%;②有效應(yīng)力從10 MPa增加到20 MPa的過程中,煤樣滲透率降低趨勢明顯變緩,損失量僅約占初始滲透率的10%;③在有效應(yīng)力增加到2.5 MPa以前,煤樣的滲透率變化表現(xiàn)為較快速下降,應(yīng)力敏感性較強;④在有效應(yīng)力從2.5 MPa增加到9 MPa時,煤樣的滲透率變化表現(xiàn)為快速下降,應(yīng)力敏感性最強。

根據(jù)石油天然氣標準(SY 5358—2002)滲透率損害系數(shù)計算公式,計算了滲透率損害系數(shù)隨有效應(yīng)力的變化結(jié)果,繪制了32個煤樣的應(yīng)力敏感曲線,對煤樣的應(yīng)力敏感進行了評價,如圖2所示。

圖2 煤樣滲透率損害系數(shù)隨有效應(yīng)力的變化Fig.2 Variation of damage coefficient of permeability with effective stress for coal samples

由圖2可知,在有效應(yīng)力增加到3.5 MPa過程中,煤樣的滲透率損害系數(shù)表現(xiàn)為急劇上升的特點,表明煤樣在有效應(yīng)力增加到3.5 MPa的過程中煤樣滲透率損害較大(滲透率損耗為20% ～30%),從3.5～20.0 MPa過程中,滲透率損害系數(shù)呈現(xiàn)下降的特點。其中,有效應(yīng)力由3.5 MPa增加至9 MPa的過程中,雖然滲透率損害系數(shù)表現(xiàn)出快速下降的特點,但該過程中煤樣滲透率損害最大(滲透率損耗約為60%),自9 MPa之后,滲透率損害系數(shù)表現(xiàn)為緩慢下降的特點,表明煤樣滲透率損害較小(滲透率損耗約為10%)。

通過對圖2分析,發(fā)現(xiàn)研究的32煤樣在有效應(yīng)力為7,9,11 MPa時,滲透率損害系數(shù)出現(xiàn)明顯的拐點,即確定臨界應(yīng)力為7～11 MPa。同時根據(jù)32個煤樣在臨界應(yīng)力點對應(yīng)的滲透率值和第1個應(yīng)力點對應(yīng)的煤樣滲透率值,計算有效應(yīng)力增加過程中滲透率的損害率,結(jié)果如圖3所示。

圖3 煤樣滲透率損害率隨有效應(yīng)力的變化Fig.3 Variation of damage rate of permeability with effective stress for coal samples

由32個煤樣滲透率損害率隨有效應(yīng)力的變化,可以發(fā)現(xiàn):滲透率損害率介于30%～65%,絕大多數(shù)介于40%～60%,滲透率損害程度為中等偏弱到中等偏強。結(jié)合臨界應(yīng)力,對滲透率損害率值和對應(yīng)的臨界應(yīng)力進行了頻數(shù)統(tǒng)計,結(jié)果顯示:23個煤樣應(yīng)力敏感的臨界應(yīng)力為11 MPa,5個煤樣應(yīng)力敏感的臨界應(yīng)力為9 MPa,7個煤樣應(yīng)力敏感的臨界應(yīng)力為7 MPa。需要指出的是,其中18號煤樣、21號煤樣及25號煤樣應(yīng)力敏感的臨界應(yīng)力有2個,分別為7和9 MPa,即煤樣滲透率損害系數(shù)出現(xiàn)2個明顯的拐點。

結(jié)合圖1～3,煤樣滲透率在有效應(yīng)力為2.5 MPa之前下降較慢,滲透率損害系數(shù)在有效應(yīng)力為3.5 MPa之前上升急劇,且此時滲透率損耗較大;在有效應(yīng)力自2.5 MPa或3.5 MPa之后的增加過程中,煤樣滲透率下降迅速,滲透率損害系數(shù)雖然下降但滲透率損耗最高,至有效應(yīng)力到達臨界值范圍(7～11 MPa),滲透率基本降到最低值,損害系數(shù)也基本到達了拐點。

綜上,在煤層氣排水降壓過程中僅考慮流體壓力下降和有效應(yīng)力增加的前提下,煤儲層發(fā)生明顯的應(yīng)力敏感效應(yīng),尤其是當(dāng)快速排采時會加快煤儲層的壓縮,產(chǎn)生應(yīng)力體積應(yīng)變,造成滲透率的快速損耗。另外,在產(chǎn)氣期提高排水量,使有效應(yīng)力增加也會使煤儲層發(fā)生壓縮,使煤儲層滲透率發(fā)生二次損耗。因而排采時應(yīng)適當(dāng)有效延長排水降壓期的排采降壓時間,避免大幅提高排水速率,以防止煤儲層滲透率的大幅損耗。

2.2 有效應(yīng)力不變情況下煤儲層滲透率與流體壓力的關(guān)系

排采過程中儲層壓力臨近解吸壓力階段,如果快速排采仍然產(chǎn)生應(yīng)力敏感。為更好地討論產(chǎn)氣期間煤儲層滲透與流體壓力之間的關(guān)系,消除有效應(yīng)力的影響,本次研究設(shè)置有效應(yīng)力不變(5 MPa),通過改變孔隙壓力進行煤樣的敏感性實驗,分析儲層流體壓力在低值范圍內(nèi)發(fā)生改變時煤儲滲透率與儲層流體壓力之間的關(guān)系,實驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 煤樣滲透率隨孔隙壓力的變化Fig.4 Variation of permeability with pore pressure for coal samples

由圖4可知,在有效應(yīng)力為較低定值時,隨著孔隙壓力的增加,滲透率表現(xiàn)出上升的特點,對比表1中33～37號煤樣的原始滲透率,原始滲透率越高,滲透率增幅越大。實驗結(jié)果表明:在有效應(yīng)力較低時,隨孔隙壓力增大(最高3.6 MPa),煤儲層滲透率不斷得到改善,且煤儲層原始滲透率越高,這種改善越明顯。分析認為煤儲層滲透率得到改善與煤基質(zhì)收縮效應(yīng)和氣體分子滑脫效應(yīng)有關(guān),尤其是煤基質(zhì)的收縮效應(yīng)引起滲透率的改善更加顯著,因為只有當(dāng)儲層壓力低于1 MPa(文獻值為0.7和0.8 MPa[14-15,20])時氣體分子滑脫效應(yīng)引起滲透率的增量才比較顯著。

根據(jù)上文分析,煤層氣排采過程中,當(dāng)動液面臨近煤儲層,儲層壓力接近臨界解吸壓力時,應(yīng)合理控制排水量,降低動液面下降速度,保證一定的孔隙流體壓力,發(fā)揮煤儲層基質(zhì)收縮效應(yīng)對滲透率的改善作用。

2.3 圍壓不變情況下煤儲層滲透率與流體壓力、有效應(yīng)力之間的耦合變化關(guān)系

為分析煤儲滲透率與儲層流體壓力、有效應(yīng)力之間的關(guān)系,在設(shè)置圍壓不變前提下增加孔隙壓力和降低有效應(yīng)力的條件下進行了煤樣的應(yīng)力敏感性實驗,實驗結(jié)果如圖5所示。

由實驗條件可知,增加氣驅(qū)之前,圍壓增加到10 MPa的過程中,煤樣的有效應(yīng)力增加而滲透率下降,滲透率與原始滲透率相比,下降了1～2個數(shù)量級,因而本次研究工作的第3部分為圍壓不變情況下回壓(有效應(yīng)力)下降的應(yīng)力敏感實驗。

由圖5可以看出,隨著有效應(yīng)力下降和孔隙壓力增加,煤樣的滲透率表現(xiàn)出下降的特點,與目前多數(shù)研究的結(jié)果并不一致。但有文獻指出滲透率隨孔隙壓力的變化存在一個臨界壓力,孔隙壓力小于臨界壓力時,滲透率隨孔隙壓力的增加而減小[19-21],同時有分析認為:在當(dāng)煤儲層有效應(yīng)力較低(低于4 MPa)時,有效應(yīng)力為定值條件下,隨著注入氣壓(孔隙壓力)增加(從2.4 MPa增加到5.5 MPa),孔隙壓力較低時煤基質(zhì)體積應(yīng)變所產(chǎn)生的滲透率下降量遠高于氣體分子的滑脫效應(yīng)所引起的煤樣滲透率增量,且這種現(xiàn)象有隨著有效應(yīng)力的增加而明顯增加的趨勢[22]。

圖5 煤樣滲透率隨孔隙壓力和有效應(yīng)力的變化Fig.5 Variation of permeability with pore pressure and effective stress for coal samples

結(jié)合以上分析和本次實驗結(jié)果,認為:在孔隙壓力從0.8 MPa增加到3.6 MPa的過程中,孔隙壓力低于滲透率發(fā)生變化的臨界壓力,表現(xiàn)為煤儲層滲透率隨孔隙壓力的增大而減小,且在此過程中煤基質(zhì)應(yīng)力體積應(yīng)變雖有下降趨勢,有效應(yīng)力降低引起的煤儲層滲透率增加量仍低于煤基質(zhì)體積應(yīng)變所產(chǎn)生的滲透率下降量,因而導(dǎo)致煤樣的滲透率隨有效應(yīng)力的降低而降低。

由煤儲層滲透率與流體壓力、有效應(yīng)力之間的耦合變化關(guān)系分析可知:煤層氣井排采期間如發(fā)生修井、卡泵等停抽事故時,在造成孔隙流體壓力回升、煤層有效應(yīng)力下降的條件下煤儲層滲透率仍然可能下降,因而排采期間應(yīng)盡量避免停抽事故,防止因排采事故引起的煤儲層滲透率大幅損傷。

3 結(jié) 論

(1)有效應(yīng)力從0增加到10 MPa時,滲透率減少了50%～70%;有效應(yīng)力從10 MPa增加到20 MPa時,滲透率降低趨勢明顯變緩,損失量僅約占初始滲透率的10%;在有效應(yīng)力增加到2.5 MPa以前,應(yīng)力敏感性較強;有效應(yīng)力從2.5 MPa增加到9 MPa時,應(yīng)力敏感性最強。

(2)有效應(yīng)力增加到3.5 MPa過程中,煤樣的滲透率損害系數(shù)急劇上升,滲透率損耗20%～30%;有效應(yīng)力從3.5 MPa上升至9 MPa的過程中,滲透率損害系數(shù)快速下降,而煤樣滲透率損害最大,損耗約60%,自9 MPa之后,滲透率損害系數(shù)緩慢下降,煤樣滲透率損害較小,損耗約10%;滲透率損害率介于30%～65%,絕大多數(shù)介于40%～60%,滲透率損害程度為中等偏弱到中等偏強,臨界應(yīng)力介于7～11 MPa。

(3)有效應(yīng)力較低且不變條件下,煤樣滲透率隨孔隙壓力的增加而增加,煤基質(zhì)收縮效應(yīng)引起滲透率改善比較顯著,且煤樣原始滲透率越高,滲透率增幅越大。

(4)圍壓達到較高定值且保持不變時,隨有效應(yīng)力下降和孔隙壓力增加,煤樣滲透率下降,這與有效應(yīng)力和孔隙壓力變化時引起的煤儲層滲透率變化量有關(guān)。

(5)煤層氣排采時應(yīng)適當(dāng)控制排水速率,發(fā)揮煤儲層基質(zhì)收縮效應(yīng)對滲透率的改善作用,并應(yīng)盡量避免停抽事故,有效抑制因煤層氣排采引起應(yīng)力敏感造成的儲層大幅損傷。

[1] 李金海,蘇現(xiàn)波,林曉英,等.煤層氣排采速率與產(chǎn)能的關(guān)系[J].煤炭學(xué)報,2009,34(3):376-380.

Li Jinhai,Su Xianbo,Lin Xiaoying,et al.Relationship between discharge rate and productivity of coalbed methane wells[J].Journal of China Society,2009,34(3):376-380.

[2] 李仰民,王立龍,劉國偉,等.煤層氣井排采過程中的儲層傷害機理研究[J].中國煤層氣,2010,7(6):39-45.

Li Yangmin,Wang Lilong,Liu Guowei,et al.Study on coal reservoir damage mechanism in dewatering and extraction process of CBM wells[J].China Coalbed Methane,2010,7(6):39-45.

[3] 郭春華,周 文,孫晗森,等.考慮應(yīng)力敏感性的煤層氣井排采特征[J].煤田地質(zhì)與勘探,2011,39(5):27-30.

Guo Chunhua,Zhou Wen,Sun Hansen,et al.The relationship between stress sensitivity and production of coal bed methane wells [J].Coal Geology&Exploration,2011,39(5):27-30.

[4] Liu Huihu,Sang Shuxun,Formolo Michael,et al.Production characteristics and drainage optimization of coalbed methane wells:A case study from low-permeability anthracite hosted reservoirs in southern Qinshui Basin,China[J].Energy for Sustainable Development, 2013,17:412-423.

[5] Tao Shu,Wang Yanbin,Tang Dazhen,et al.Dynamic variationeffects of coal permeability during the coalbed methane development process in the Qinshui Basin,China[J].International Journal of Coal Geology,2012,93:16-22.

[6] 任廣磊,李治平,張躍磊,等.滲透率應(yīng)力敏感對煤層氣井產(chǎn)能的影響[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2012,40(4):104-107.

Ren Guanglei,Li Zhiping,Zhang Yuelei,et al.Stress sensitivity of permeability affected to production capacity of coal bed methane well [J].Coal Science and Technology,2012,40(4):104-107.

[7] Durucan S,Ewards J S.The effects of stress and fracturing on permeability of coal[J].Mining and Technology,1986,3:205-216.

[8] Jose G.Numerical simulation of coupled fluid-flow/geomechnical behavior of tight gas reservoirs with stress sensitive permeability[A].Latin Anerican and Caribbean Petroleum Engineering Conference [C].SPE 39055,Rio de Janeiro,1997:1-15.

[9] Palmer I,Mansoori J.How permeability depends on stress and pore pressure in coalbeds:A new model[J].SPE 52607,1998,1(6): 539-544.

[10] Min K B,Rutqvist J,Tsang C F,et al.Stress-depended permeability of fractured rock masses:A numerical study[J].International Journal Rock Mechanics and Mining Sciences,2004,41(7):1191-1210.

[11] 楊勝來,楊思松,高旺來.應(yīng)力敏感及液鎖對煤層氣儲層傷害程度實驗研究[J].天然氣工業(yè),2006,26(3):90-92.

Yang Shenglai,Yang Sisong,Gao Wanglai.Experimental study of damage of stress and liquid sensitivities to coal-bed gas reservoir [J].Natural Gas Industry,2006,26(3):90-92.

[12] 陳振宏,王一兵,郭 凱,等.高階煤煤層氣藏儲層應(yīng)力敏感性研究[J].地質(zhì)學(xué)報,2008,82(10):1390-1395.

Chen Zhenhong,Wang Yibing,Guo Kai,et al.Stress sensitivity of hign-rank coalbed methane reservoir[J].2008,82(10):1390-1395.

[13] 孟召平,張紀星,劉 賀,等.考慮應(yīng)力敏感性的煤層氣井產(chǎn)能模型及應(yīng)用分析[J].煤炭學(xué)報,2014,39(4):593-599.

Meng Zhaoping,Zhang Jixing,Liu He,et al.Productivity model of CBM wells considering the stress sensitivity and its application analysis[J].Journal of China Coal Society,2014,39(4):593-599.

[14] 鄧 澤,康永尚,劉洪林,等.開發(fā)過程中煤儲層滲透率動態(tài)變化特征[J].煤炭學(xué)報,2009,34(7):947-951.

Deng Ze,Kang Yongshang,Liu Honglin,et al.Dynamic variation characther of coal bed methane reservoir permeability during depletion[J].Journal of China Coal Society,2009,34(7):947-951.

[15] 艾 池,栗 爽,李凈然,等.煤巖儲層滲透率動態(tài)變化模型[J].特種油氣藏,2013,20(1):71-74.

Ai Chi,Li Shuang,Li Jingran,et al.Model of dynamic permeability variation of coal seam[J].Special Oil and Gas Reservoirs,2013,20 (1):71-74.

[16] 白建梅,秦 義,石惠寧,等.沁水盆地煤儲層應(yīng)力敏感分析及工藝對策[J].石油鉆采工藝,2009,31(4):94-96.

Bai Jianmei,Qin Yi,Shi Huining,et al.Analysis on stress sensitivity of coalbed methane reservoir in Qinshui Basin and Strategies [J].Oil Drilling&Production Technology,2009,31(4):94-96.

[17] 孟召平,侯泉林.煤儲層應(yīng)力敏感性及影響因素的實驗分析[J].煤炭學(xué)報,2012,37(3):430-437.

Meng Zhaoping,Hou Quanlin.Experimental research on stress sensitivity of coal reservoir and its influencing factors[J].Journal of China Society,2012,37(3):430-437.

[18] 程遠方,吳百烈,李 娜,等.應(yīng)力敏感條件下煤層壓裂裂縫延伸模擬研究[J].煤炭學(xué)報,2013,38(3):1634-1639.

Cheng Yuanfang,Wu Bailie,Li Na,et al.Research on the propagation of hydraulic fracture under coal-bed stress sensitivity[J].Journal of China Coal Society,2013,38(3):1634-1639.

[19] 孫培德.變形過程中煤樣滲透率變化規(guī)律的實驗研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2001,20(S1):1801-1804.

Sun Peide.Testing study on coal specimen permeability during solid deformation process[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2001,20(S1):1801-1804.

[20] 陳金剛,陳慶發(fā).煤巖力學(xué)性質(zhì)對其基質(zhì)自調(diào)節(jié)能力的控制效應(yīng)[J].天然氣工業(yè),2005,25(2):140-144.

Chen Jingang,Chen Qingfa.Control effect of coal mechanical property on its matrix self-regulating ability[J].Natural Gas Industry, 2005,25(2):140-144.

[21] 周軍平,鮮學(xué)福,姜永東,等.考慮有效應(yīng)力和煤基質(zhì)收縮效應(yīng)的滲透率模型[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009,31 (1):4-10.

Zhou Junping,Xian Xuefu,Jiang Yongdong,et al.A permeability model considering the effective stress and coal matrix shrinking effect[J].Journal of Southwest Petroleum University(Science& Technology Edition),2009,31(1):4-10.

[22] Li Junqian,Liu Dameng,Yao Yanbin,et al.Evalation and modeling of gas permeability changes in anthracite coals[J].Fuel,2013, 111:606-612.

Study on stress sensitivity of coal reservoir during drainage of coal-bed methane well in Southern Qinshui Basin

LIU Hui-hu1,SANG Shu-xun2,FENG Qing-ling3,HU Bao-lin1,HU You-biao1,XU Hong-jie1,CHENG Qiao1

(1.School of Earth and Environment,Anhui University of Science&Technology,Huainan 232001,China;2.School of Resource and Earth Science,China University of Mining&Technology,Xuzhou 221008,China;3.Jinzhai Surveying and Mapping Company,Zibo 255000,China)

Coal samples from Southern Qinshui Basin were sampled,and experimental study on stress sensitivity under different experimental condition was performed,in order to analyze stress sensitivity and affecting factors on permeability of coal reservoir at different stage of coal-bed methane drainage.The results show that permeability of coal samples decline 50%-70%when the effective stress increase from 0 to 10 MPa,and the loss of coal reservoir permeability is about 10%when the effective stress increase from 10 MPa to 20 MPa.The stress sensitivity of coal samples are relatively stronger when the effective stress is below 2.5 MPa.The damage coefficient of permeability increase quickly and the loss of permeability is about 20%-30%of the initial permeability from coal samples when the effective stress increase to 3.5 MPa.The stress sensitivity is strongest when the effective stress increase from 2.5 MPa to 9 MPa.The damage coefficients of permeability decrease quickly and the initial permeability from coal samples lose 60%when the effective stress increases from 3.5 MPa to 9 MPa.The damage coefficient of permeability decrease slowly and the lossof permeability is about 10%of the initial permeability from coal samples when the effective stress beyond 9 MPa.The damage rate of permeability from coal samples is between 30%and 65%,and the critical stress is 7 MPa to 11 MPa.The permeability of coal samples increase with increase of pore pressure,when the effective stress is relatively lower and constant.The permeability of coal samples decrease with the decline of effective stress and increase of pore pressure when the confining pressure is constant,which is related to the variation of permeability caused by the variation of effective stress and pore pressure on coal reservoir.

Southern Qinshui Basin;coal-bed methane;drainage;coal reservoir permeability;stress sensitivity;effective stress;pore pressure

P618.11

A

0253-9993(2014)09-1873-06

2014-04-15 責(zé)任編輯:常 琛

國家自然科學(xué)基金資助項目(41330638,41302129);山西省煤層氣聯(lián)合研究基金資助項目(2012012008)

劉會虎(1978—),男,江西九江人,講師。E-mail:xixiinformation@163.com

劉會虎,桑樹勛,馮清凌,等.沁水盆地南部煤層氣井排采儲層應(yīng)力敏感研究[J].煤炭學(xué)報,2014,39(9):1873-1878.

10.13225/j.cnki.jccs.2014.8007

Liu Huihu,Sang Shuxun,Feng Qingling,et al.Study on stress sensitivity of coal reservoir during drainage of coal-bed methane well in Southern Qinshui Basin[J].Journal of China Coal Society,2014,39(9):1873-1878.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2014.8007